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3、叶面阻隔修复技术
利用叶面阻隔剂来减少甚至阻断重金属向农作物可食部位迁移是近年来中国农田重金属污染防治研究的一个新方向,其作用机制为重金属在农作物细胞壁上的沉淀或螯合作用及增强农作物对重金属抗逆性等。常见的叶面阻隔剂包括含氮、磷、钾及常规微量元素(钙、镁、铁、硼、锰、锌、钼、钛、硫)成分的叶面阻隔剂、硅基(有机硅和无机硅)叶面阻隔剂、含硒或稀土元素成分的叶面阻隔剂及含农作物生理调节类物质的叶面阻隔剂等,应用于水稻、蔬菜、玉米、绿豆等农作物。从已发表的试验结果来看,叶面阻隔剂对农作物吸收累积Cd、Pb、As等重金属具有较好的降低效果,但因产地、农作物类别、重金属种类的不同,其作用效果也不尽相同。
4、低累积作物安全种植技术
不同基因型作物对重金属的吸收累积特性不同,甚至同一种作物不同品种间对重金属的累积也可能有较大差异。利用这些特点,筛选可食部位重金属富集能力较弱但生长和产量基本不受影响的农作物品种,在中、轻度重金属污染土壤上种植,可以抑制重金属进入食物链,有效降低农产品的重金属污染风险,已成为阻控重金属污染、保障农产品安全的有效策略之一。我国学者已筛选出多种单一污染源下的重金属低累积作物品种,如Cd低累积水稻、玉米、菜心、苋菜、小白菜、芥菜、番茄、豇豆、小麦等,但其低累积遗传稳定性还有待于进一步田间验证。
5、综合阻控技术
在农田作物在整个生育期内,田间环境因素复杂多变,加之土壤污染的复杂性,单独的营养调控、原位钝化、叶面调控乃至植物品种选择等措施,难以保障农作物可食部分重金属含量达标,需要综合考虑土壤养分、根际环境、作物品种及其他因素等,集成多种修复技术,以保障重金属污染农田土壤上农产品的安全生产。
2013年“镉米”事件曝光后,湖南省率先在长株潭地区启动农田重金属镉污染“VIP+N 技术”修复治理模式试点示范工作。其中,V指采用低镉品种(Variety),I 指水分控制(Irrigation),P 指调节酸碱度(pH adjustment),N指施用土壤调理剂、叶面阻控剂、翻耕改土等,即通过选用低镉品种,优化水分管理、施用石灰和土壤调理剂等综合技术措施的实施,在重金属镉中轻度污染的稻田上生产出合格的稻米,该技术模式已初显成效。
目前,我国已有多个相关技术成果推广应用取得突破性进展,广东省农业科学院农业资源与环境研究所创新集成的以养分运筹、改良剂应用、低累积作物种植为核心的“农艺综合修复技术”、中国科学院亚热带农业生态研究所的以轻度污染肥料改良-中度污染钝化降活-重度污染断链改制为核心的“原位钝化修复与安全生产技术体系”以及广东省生态环境技术研究所的“红壤区农田镉砷污染阻控关键技术”等,相关技术与产品已在我国不同地区进行了较大面积的应用示范,在一定程度上推动了污染土壤修复产业的发展,使得区域作物安全种植更有保障,社会效益和生态效益显著。
三、农田重金属污染原位阻控修复技术问题
1、相关技术的修复效果评价标准缺失
多年来,我国土壤是否污染以《土壤环境质量标准》(GB15618-1995)作为判断依据。同样,污染土壤修复的效果如何,也往往以土壤重金属总量是否降低到该标准规定的限值以下。然而,以总量作为评价标准不能有效反映土壤环境问题的复杂多样性和区域差异性,也难以反映重金属对植物的效应,在作用定位上不能充分体现“预防为主,保护优先,风险管控”的土壤污染治理基本思路。因此,必须考虑土壤重金属污染对农产品影响,揭示其有效态含量状况。
实施原位阻控技术的目的是阻控重金属进入食物链,实现污染农田的安全生产,相关技术对土壤重金属的总量影响甚微。有学者提出了用重金属有效态临界值作为评价农产品产地环境质量适宜性的依据, 通过建立土壤重金属有效态的测定规范, 形成整套耕地土壤重金属污染监测与评价技术体系。然而,目前技术修复标准尚存诸多缺失,给重金属污染修复技术的选择、方案的确定及修复效果的评价带来较大困扰,急需修订和完善相关标准。
2、新型修复产品研发不足
与发达国家相比,我国污染土壤修复行业尚处在预热阶段,设备化、工程化、产业化还存在较大差距。尽管有少部分用于重金属污染修复的土壤调理剂产品获农业部登记证,实现了产业化,但这些产品修复效果的稳定性和后效研究还比较缺乏,广泛的田间试验评估和适用范围研究严重不足。因此,需开展田间长期定位监测试验来评价不同土壤调理剂修复效果的稳定性及对土壤性质的影响,以提高产品修复效率。此外,我国修复产品的技术含量水平总体不高,新型修复材料研发力度不大,修复成本较高;农村劳动力缺乏,产品施用方法落后,机械化程度低,大面积推广应用存在一定难度。
3、修复技术模式示范区建设支撑不足
总体来讲,就我国受重金属污染农田的面积而言,国内不同部门建设的土壤重金属污染修复治理技术试验性示范区数量总体偏少,规模偏小,不足以有效遏制大面积污染农田的恶化趋势,也缺乏充分调动广大种植户实施修复的积极性和主动性的激励机制。由于土壤重金属污染的区域性和重金属污染的复杂性,现有修复技术缺少区域代表性,导致同种技术在不同区域实施效果差异很大。因此,只有把握污染土壤的发展态势,建设具有区域特色的综合修复示范区,才能充分体现污染修复技术的应用价值和推广前景。
四、展望
土壤重金属污染事关我国粮食民生命脉和社会稳定,在实现污染物源头控制的基础上,依据区域污染特点、技术产品修复成本和修复效果制定相应的修复方案和策略。对于中轻度重金属污染农田,重点开展土壤污染阻控修复技术试点示范工程建设,对土壤重金属赋存形态、迁移转化、土壤环境质量及作物品质和产量等进行长期定位监测,以全面评估技术产品的实施效果,加快修复技术的标准化进程,全面构建适合我国国情的土壤污染阻控修复技术体系。
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